EP1702138B1 - Gasturbinenbauteil - Google Patents

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EP1702138B1
EP1702138B1 EP04802912A EP04802912A EP1702138B1 EP 1702138 B1 EP1702138 B1 EP 1702138B1 EP 04802912 A EP04802912 A EP 04802912A EP 04802912 A EP04802912 A EP 04802912A EP 1702138 B1 EP1702138 B1 EP 1702138B1
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EP
European Patent Office
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gas turbine
metal foam
turbine component
metal
lining
Prior art date
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EP04802912A
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English (en)
French (fr)
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EP1702138A1 (de
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Reinhold Meier
Erich Steinhardt
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date
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Publication of EP1702138A1 publication Critical patent/EP1702138A1/de
Application granted granted Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/127—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with a deformable or crushable structure, e.g. honeycomb
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F01D25/145—Thermally insulated casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/612—Foam
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine component, namely a static gas turbine component.
  • titanium alloys titanium alloys
  • nickel alloys also called superalloys
  • high-strength steels are used, for example, for compressor casings and turbine casings.
  • Titanium alloys are typical materials for compressor parts.
  • Nickel alloys are suitable for the hot parts of the aircraft engine.
  • As a manufacturing method for gas turbine components made of titanium alloys, nickel alloy or other alloys are known from the prior art primarily investment casting and forging. All highly stressed gas turbine components, such as components for a compressor, are forgings. Components for a turbine, however, are usually designed as precision castings.
  • MMC materials metal matrix composite materials
  • high-strength fibers are embedded in the metal material.
  • the production of gas turbine components from such MMC materials is expensive and therefore expensive.
  • EP 1013890 discloses the prior art.
  • the present invention is based on the problem to propose a novel static gas turbine component.
  • the static gas turbine component is at least partially formed from a metal foam.
  • metal foams enables a cost-effective alternative to MMC materials and a significant weight saving.
  • FIGS. 1 to 13 show highly schematically each gas turbine component according to the invention.
  • steps should be made in advance with reference to FIG of a preferred manufacturing process for static gas turbine components made of metal foam.
  • the procedure according to FIG. 1 is to provide a metal powder in a first step 10 and a propellant in a second step 11.
  • the metal powder provided is a metal powder based on an aluminum alloy or titanium alloy or nickel alloy. It is also possible to use metal powder based on a cobalt alloy or an iron alloy. Furthermore, metal powders of titanium-aluminum intermetallic alloys can be used. In particular titanium hydride is provided as blowing agent.
  • the provided metal powder and the propellant provided are mixed in a step 12.
  • the resulting mixture after mixing of metal powder and blowing agent is then compressed into a semi-finished product.
  • the compacting can be carried out either by extrusion in the sense of step 13 or by axial hot pressing in the sense of step 14. Accordingly, at the end of the compaction according to step 13 or step 14, a semifinished product is present, which is visualized in the outflow diagram of FIG. 1 by step 15.
  • the semifinished product is virtually indistinguishable from a conventional metal, but it contains the blowing agent and is therefore foamable.
  • the semifinished product present in step 15 is heated in the sense of step 16, to just above its melting point, so that the metal is melted and a gas release of the propellant takes place.
  • the foaming of the semi-finished product is triggered.
  • the foaming is carried out until a defined degree of foaming is achieved. Once this defined degree of foaming is achieved, the foaming is terminated by a cooling below the melting point of the metal powder used. As a result, the foam structure is stabilized.
  • the foaming triggered by the heating of the semifinished product above the melting point of the metal powder and the corresponding termination of the foaming by cooling below the melting point of the metal powder are visualized jointly by step 16.
  • Following the Step 16 can still be a surface treatment or other processing or refinement of the manufactured component in the sense of step 17.
  • the component can be connected to a carrier.
  • FIG. 1 shows that in the sense of a step 18, in addition to the metal powder provided in the sense of step 10 and the propellant provided in the sense of step 11, further constituents can be mixed with the metal powder and the propellant in step 12.
  • the further constituents may be, for example, an additional metal powder with different melting point or different powder grain size, a different blowing agent or also ceramic particles, ceramic fibers or other inorganic or organic elements.
  • 2 shows a first exemplary embodiment of a gas turbine component according to the invention, which forms a housing structure 19, wherein the housing structure 19 is formed at least in regions from metal foam.
  • the housing structure 19 of FIG. 2 has a first portion or area 20, which is formed of metal foam, and a second area 21, which serves as a carrier for the metal foam.
  • FIG. 1 shows that in the sense of a step 18, in addition to the metal powder provided in the sense of step 10 and the propellant provided in the sense of step 11, further constituents can be mixed with the metal powder and the propellant in step 12.
  • the further constituents may be,
  • the carrier 21 is arranged on one side of the metal foam 20, wherein the metal foam 20 is fixedly connected to the carrier 21.
  • Carrier 21 and metal foam 20 form in the embodiment of FIG. 2 is a simple sandwich structure.
  • the carrier 21 further has an angled portion 22, wherein the portion 22 for connection to other components has a bore 23.
  • FIG. 3 likewise shows a gas turbine component according to the invention designed as a housing structure, wherein the exemplary embodiment of FIG. 3 differs from the exemplary embodiment of FIG. 2 in that a section or area 21 and 25 formed as a carrier is arranged on both sides of the metal foam 20 and firmly connected to the metal foam 20.
  • the arrangement of Fig. 3 may also be referred to as a double sandwich construction.
  • the carriers 21 and 25 on both sides of the metal foam 20 may consist of the same or different materials, namely metal alloys.
  • gas turbine component according to the invention is shown, which is also partially formed of metal foam 20, wherein the metal foam 20 in the embodiment of FIG. 4 is surrounded on all sides by trained as a carrier sections or areas.
  • FIGS. 5 to 8 show exemplary embodiments of static gas turbine components according to the invention, in which the components according to the invention form an inlet lining.
  • Fig. 5 shows a first inlet lining 27 according to the invention, which is formed from a metal foam 28, wherein the metal foam 28 is fixedly connected to a carrier 29.
  • the inlet lining 28 serves the wear-free or low-wear rubbing of a rotating blade 30 of the gas turbine.
  • the inlet lining 27 is fixed relative to the rotating blade 30 and thus forms a static gas turbine component.
  • FIG. 6 shows a further inlet lining 31, which in turn is formed from a metal foam 28 and a carrier 29 firmly connected to the metal foam 28.
  • the inlet lining 31 of FIG. 6 is also used for rubbing radially outward ends of rotating rotor blades of the gas turbine, the carrier 29 assuming a thermal insulation function in the case of the inlet lining 31 of FIG. 6.
  • FIG. 7 shows a further inlet lining 32 according to the invention, which in turn consists of a metal foam 28 and a carrier 29 assigned to the metal foam 28 and fixedly connected to the metal foam 28.
  • the static or fixed inlet lining 32 of FIG. 7 cooperates with labyrinth seals 33, which are also referred to as sealing fins.
  • Such sealing fins have, as shown schematically in FIG. 7, different outer radii so that the inflow lining 32 provided by the metal foam 28 has a stepped contour.
  • the inner diameter of the inlet lining 32 provided by the metal foam 28 is adapted to the outer diameter of the labyrinth seals 33. It should be noted that the embodiment of the inlet lining 32 according to Fig.
  • the metal foam 28 is firmly connected to the carrier 29, in particular adhesively bonded or soldered.
  • FIG. 8 shows a further inlet lining 34 according to the invention, which in turn is formed from a metal foam 28 and a carrier 29 for the metal foam.
  • openings or holes 35 are made in the carrier 29. Through the holes 35, a gas flow can be passed in the direction of the arrows 36 for cooling, in which case the metal foam 28 is open-pored. Such, open-pore trained metal foam 28 can be traversed by gas. This is illustrated by the arrows 37.
  • FIG. 9 to 13 show further preferred gas turbine components, which are formed in regions of metal foam, all gas turbine components shown in Fig. 9 to 13 form a piping system.
  • a pipeline system 38 is shown, wherein the pipeline system 38 is formed by a closed-walled tube 39 which is concentrically surrounded on its outside by metal foam 40.
  • metal foam 40 With such a piping system, which is partially made of metal foam, improved vibration characteristics and thermal insulation properties of piping systems can be realized within gas turbines. Thus, an ignition or coking of the piping systems can be prevented.
  • FIG. 10 shows an embodiment of a pipeline system 41, the pipeline system 41 of FIG. 10 again being formed by a closed-walled tube 39, which is surrounded on the outside by metal foam 40.
  • Fig. 10 illustrates that the metal foam 40 on the outside of the closed-walled tube 39 may have any shape.
  • the piping system 42 shown in FIG. 12 differs from the piping system 41 of FIG. 10 in that a fastening means 43 is integrated in the metal foam 40.
  • a fastener can be foamed to the tube in a simple manner. This significantly simplifies the connection with other components.
  • FIG. 11 shows a pipeline system 44 according to the invention, which in turn is partially formed of metal foam.
  • a closed-walled tube 39 is provided, wherein the tube 39 in the embodiment of FIG. 11 has a closed inner wall 45 and a closed outer wall 46.
  • the tube 39 is therefore double-walled in the embodiment of FIG. 11. Between the two walls 45 and 46 of the metal foam 40 is positioned.
  • FIG. 13 shows a further exemplary embodiment of a pipeline system 47 according to the invention, wherein the pipeline system 47 of FIG. 13 has four closed-walled tubes 39, which are positioned together in a metal foam 40.
  • a plurality of tubes 39 are therefore combined via the metal foam 40 to form an integral unit.
  • All of the exemplary embodiments of a gas turbine component according to the invention shown in FIGS. 2 to 13 are static components for aircraft engines.
  • the components according to the invention have a minimized weight, good thermal insulation properties and are furthermore inexpensive to produce. Occurring vibrations can be safely and well damped by the metal foam.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenbauteil, nämlich statisches Gasturbinenbauteil, insbesondere für ein Flugtriebwerk. Erfindungsgemäß ist das statische Gasturbinenbauteil zumindest bereichsweise aus Metallschaum gebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenbauteil, nämlich ein statisches Gasturbinenbauteil.
  • Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. In den letzten Jahrzehnten wurden insbesondere auf dem zivilen Sektor Flugtriebwerke entwickelt, die den obigen Anforderungen voll gerecht werden und ein hohes Maß an technischer Perfektion erreicht haben. Bei der Entwicklung von Flugtriebwerken spielt unter anderem die Werkstoffauswahl, die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen sowie die Suche nach neuen Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle.
  • Die wichtigsten, heutzutage für Flugtriebwerke oder sonstige Gasturbinen verwendeten Werkstoffe sind Titanlegierungen, Nickellegierungen (auch Superlegierungen genannt) und hochfeste Stähle. Die hochfesten Stähle werden zum Beispiel für Verdichtergehäuse und Turbinengehäuse verwendet. Titanlegierungen sind typische Werkstoffe für Verdichterteile. Nickellegierungen sind für die heißen Teile des Flugtriebwerks geeignet. Als Fertigungsverfahren für Gasturbinenbauteile aus Titanlegierungen, Nickellegierung oder sonstigen Legierungen sind aus dem Stand der Technik in erster Linie das Feingießen sowie Schmieden bekannt. Alle hochbeanspruchten Gasturbinenbauteile, wie zum Beispiel Bauteile für einen Verdichter, sind Schmiedeteile. Bauteile für eine Turbine werden hingegen in der Regel als Feingussteile ausgeführt.
  • Zur Reduzierung des Gewichts von Gasturbinenbauteilen ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (sogenannte MMC-Werkstoffe) einzusetzen. Bei derartigen MMC-Werkstoffen sind hochfeste Fasern in den Metallwerkstoff eingelagert. Die Herstellung von Gasturbinenbauteilen aus derartigen MMC-Werkstoffen ist jedoch aufwendig und damit teuer.
  • Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, alternative Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung von statischen Gasturbinenbauteilen vorzuschlagen. Die Masse der statischen Gasturbinenbauteile beeinflusst nämlich das Gesamtgewicht einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks. Je stärker das Gewicht der Gasturbinenbauteile reduziert werden kann, desto günstiger fällt das sogenannte Schub-Gewichtsverhältnis des Flugtriebwerks aus, welches ein entscheidendes Wettbewerbsmerkmal für Flugtriebwerke darstellt.
  • EP 1013890 offenbart den Stand der Technik.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges statisches Gasturbinenbauteil vorzuschlagen.
  • Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Gasturbinenbauteil durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß ist das statische Gasturbinenbauteil zumindest teilweise aus einem Metallschaum gebildet. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, statische Gasturbinenbauteile zumindest teilweise in Metallschaum auszuführen. Die Verwendung von Metallschäumen ermöglicht eine kostengünstige Alternative gegenüber MMC-Werkstoffen und eine deutliche Gewichtseinsparung.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung eines Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemäßen Gasturbinenbauteilen;
    Fig. 2
    ein als Gehäusestruktur ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 3
    ein als Gehäusestruktur ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 4
    ein als Gehäusestruktur ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 5
    ein als Einlaufbelag ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 6
    ein als Einlaufbelag ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 7
    ein als Einlaufbelag ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 8
    ein als Einlaufbelag ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 9
    ein als Rohrleitungssystem ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 10
    ein als Rohrleitungssystem ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 11
    ein als Rohrleitungssystem ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;
    Fig. 12
    e ein als Rohrleitungssystem ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung; und
    Fig. 13
    ein als Rohrleitungssystem ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark schematisierter Darstellung.
  • Die hier vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 13 in größerem Detail beschrieben, wobei Fig. 2 bis 13 jeweils erfindungsgemäße Gasturbinenbauteile stark schematisiert zeigen. Bevor jedoch auf die Details der erfindungsgemäßen Gasturbinenbauteile eingegangen wird, sollen vorab unter Bezugnahme auf Fig. 1 Schritte eines bevorzugten Herstellungsverfahrens für statische Gasturbinenbauteile aus Metallschaum beschrieben werden.
  • Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen, statischen Gasturbinenbauteils für ein Flugtriebwerk wird gemäß Fig. 1 so vorgegangen, dass in einem ersten Schritt 10 ein Metallpulver und in einem zweiten Schritt 11 ein Treibmittel bereitgestellt werden. Bei dem bereitgestellten Metallpulver handelt es sich um ein Metallpulver auf Basis einer Aluminiumlegierung oder Titanlegierung oder Nickellegierung. Es ist auch möglich, Metallpulver auf Basis einer Kobaltlegierung oder einer Eisenlegierung zu verwenden. Des weiteren können Metallpulver aus intermetallischen Titan-Aluminium-Legierungen verwendet werden. Als Treibmittel wird insbesondere Titanhydrid bereitgestellt.
  • Das bereitgestellte Metallpulver sowie das bereitgestellte Treibmittel werden in einem Schritt 12 gemischt. Die sich nach dem Mischen ergebende Mischung aus Metallpulver und Treibmittel wird sodann zu einem Halbzeug verdichtet. Das Verdichten kann entweder im Sinne des Schritts 13 durch Strangpressen oder im Sinne des Schritts 14 durch axiales Heißpressen erfolgen. Am Ende der Verdichtung gemäß Schritt 13 oder Schritt 14 liegt demnach ein Halbzeug vor, was im Abflussdiagramm der Fig. 1 durch den Schritt 15 visualisiert ist. Das Halbzeug ist äußerlich von einem herkömmlichen Metall so gut wie nicht zu unterscheiden, es enthält jedoch das Treibmittel und ist daher aufschäumbar.
  • Zur Herstellung des Gasturbinenbauteils wird das im Schritt 15 vorliegende Halbzeug im Sinne des Schritts 16 erwärmt, und zwar bis knapp über seinen Schmelzpunkt, sodass das Metall geschmolzen wird und eine Gasfreisetzung des Treibmittels erfolgt. Durch die Gasfreisetzung des Treibmittels wird die Aufschäumung des Halbzeugs ausgelöst. Das Aufschäumen wird solange durchgeführt, bis ein definierter Schäumungsgrad erreicht ist. Sobald dieser definierte Schäumungsgrad erreicht ist, wird die Aufschäumung dadurch beendet, dass eine Abkühlung unter den Schmelzpunkt des verwendeten Metallpulvers erfolgt. Hierdurch wird die Schaumstruktur stabilisiert. Das durch die Erwärmung des Halbzeugs über den Schmelzpunkt des Metallpulver ausgelöste Aufschäumen sowie das entsprechende Beenden der Aufschäumung durch Abkühlung unter den Schmelzpunkt des Metallpulvers sind gemeinsam durch den Schritt 16 visualisiert. Im Anschluss an den Schritt 16 kann noch eine Oberflächenbearbeitung oder sonstige Bearbeitung bzw. Veredlung des hergestellten Bauteils im Sinne des Schritts 17 erfolgen. So kann das Bauteil zum Beispiel mit einem Träger verbunden werden.
  • Weiterhin zeigt Fig. 1, dass im Sinne eines Schritts 18 zusätzlich zu dem in Sinne des Schritts 10 bereitgestellten Metallpulver und dem im Sinne des Schritts 11 bereitgestellten Treibmittels weitere Bestandteile mit dem Metallpulver und dem Treibmittel im Schritt 12 vermischt werden können. Bei den weiteren Bestandteilen kann es sich zum Beispiel um ein zusätzliches Metallpulver mit unterschiedlichem Schmelzpunkt oder unterschiedlicher Pulverkörnung, um ein unterschiedliches Treibmittel oder auch um Keramikpartikel, Keramikfasern oder sonstige anorganische oder organische Elemente handeln.
    Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasturbinenbauteils, welches eine Gehäusestruktur 19 bildet, wobei die Gehäusestruktur 19 zumindest bereichsweise aus Metallschaum gebildet ist. Die Gehäusestruktur 19 der Fig. 2 verfügt über einen ersten Abschnitt bzw. Bereich 20, der aus Metallschaum gebildet ist, und einen zweiten Bereich 21, der als Träger für den Metallschaum dient. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Träger 21 auf einer Seite des Metallschaums 20 angeordnet, wobei der Metallschaum 20 mit dem Träger 21 fest verbunden ist. Träger 21 und Metallschaum 20 bilden im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eine einfache Sandwichstruktur. Der Träger 21 verfügt des weiteren über einen abgewinkelten Abschnitt 22, wobei der Abschnitt 22 zur Verbindung mit anderen Bauteilen eine Bohrung 23 aufweist.
  • Fig. 3 zeigt ebenfalls ein als Gehäusestruktur 24 ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil, wobei sich das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 vom Ausführungsbeispiel der Fig. 2 dadurch unterscheidet, dass zu beiden Seiten des Metallschaums 20 ein als Träger ausgebildeter Abschnitt bzw. Bereich 21 sowie 25 angeordnet und mit dem Metallschaum 20 fest verbunden ist. Die Anordnung der Fig. 3 kann auch als doppelte SandwichBauweise bezeichnet werden. Die Träger 21 sowie 25 zu beiden Seiten des Metallschaums 20 können aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich Metalllegierungen, bestehen.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist ein weiteres, als Gehäusestruktur 26 ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil gezeigt, welches ebenfalls bereichsweise aus Metallschaum 20 gebildet ist, wobei der Metallschaum 20 im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 allseitig von als Träger ausgebildeten Abschnitten bzw. Bereichen umgeben ist.
  • Fig. 5 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer, statischer Gasturbinenbauteile, bei welchen die erfindungsgemäßen Bauteile einen Einlaufbelag bilden. So zeigt Fig. 5 einen ersten erfindungsgemäßen Einlaufbelag 27, der aus einem Metallschaum 28 gebildet ist, wobei der Metallschaum 28 mit einem Träger 29 fest verbunden ist. Der Einlaufbelag 28 dient dem verschleißfreien bzw. verschleißarmen Anstreifen einer rotierenden Laufschaufel 30 der Gasturbine. Der Einlaufbelag 27 steht gegenüber der rotierenden Laufschaufel 30 fest und bildet demnach ein statisches Gasturbinenbauteil.
  • Fig. 6 zeigt einen weiteren Einlaufbelag 31, der wiederum aus einem Metallschaum 28 und einem mit dem Metallschaum 28 fest verbundenen Träger 29 gebildet wird. Auch der Einlaufbelag 31 der Fig. 6 dient dem Anstreifen radial außenliegender Enden rotierender Laufschaufeln der Gasturbine, wobei beim Einlaufbelag 31 der Fig. 6 der Träger 29 eine thermische Isolationsfunktion übernimmt.
  • Fig. 7 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Einlaufbelag 32, der wiederum aus einem Metallschaum 28 und einem dem Metallschaum 28 zugeordneten, sowie fest mit dem Metallschaum 28 verbundenen Träger 29 besteht. Der statische bzw. feststehende Einlaufbelag 32 der Fig. 7 wirkt mit Labyrinthdichtungen 33 zusammen, die auch als Dichtfins bezeichnet werden. Derartige Dichtfins verfügen, wie dies in Fig. 7 schematisiert dargestellt ist, über unterschiedliche Außenradien, sodass der vom Metallschaum 28 bereitgestellte Einlaufbelag 32 über eine abgestufte Kontur verfügt. Der Innendurchmesser des vom Metallschaum 28 bereitgestellten Einlaufbelags 32 ist an den Außendurchmesser der Labyrinthdichtungen 33 angepasst. Es sei angemerkt, dass die Ausführung des Einlaufbelags 32 gemäß Fig. 7 eine besonders bevorzugte Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung ist, da mit einem derartigen Metallschaum-Einlaufbelag, der mit Labyrinthdichtungen zusammenwirkt, die aus dem Stand der Technik bekannte Honigwaben-Konstruktion des Einlaufbelags ersetzt werden kann. Wie bereits erwähnt, ist der Metallschaum 28 mit dem Träger 29 fest verbunden, insbesondere verklebt oder verlötet.
  • Fig. 8 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Einlaufbelag 34, der wiederum aus einem Metallschaum 28 und einem Träger 29 für den Metallschaum gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind in den Träger 29 Öffnungen bzw. Bohrungen 35 eingebracht. Durch die Bohrungen 35 kann im Sinne der Pfeile 36 zur Kühlung eine Gasströmung geleitet werden, wobei in diesem Fall der Metallschaum 28 offenporig ausgebildet ist. Ein derartiger, offenporig ausgebildeter Metallschaum 28 kann von Gas durchströmt werden. Dies ist durch die Pfeile 37 verdeutlicht.
  • Fig. 9 bis 13 zeigen weitere bevorzugte Gasturbinenbauteile, die bereichsweise aus Metallschaum gebildet sind, wobei alle in Fig. 9 bis 13 gezeigten Gasturbinenbauteile ein Rohrleitungssystem bilden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ist ein Rohrleitungssystem 38 gezeigt, wobei das Rohrleitungssystem 38 von einem geschlossenwandigen Rohr 39 gebildet wird, welches an seiner Außenseite konzentrisch von Metallschaum 40 umschlossen ist. Mit einem derartigen Rohrleitungssystem, welches bereichsweise aus Metallschaum besteht, können verbesserte Schwingungseigenschaften sowie thermische Isolationseigenschaften von Rohrleitungssystemen innerhalb von Gasturbinen realisiert werden. So kann eine Entzündung bzw. Verkokung der Rohrleitungssysteme verhindert werden.
  • Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform eines Rohrleitungssystems 41, wobei das Rohrleitungssystem 41 der Fig. 10 wieder von einem geschlossenwandigen Rohr 39 gebildet wird, welches auf der Außenseite von Metallschaum 40 umgeben ist. Fig. 10 verdeutlicht, dass der Metallschaum 40 auf der Außenseite des geschlossenwandigen Rohres 39 eine beliebige Form aufweisen kann.
  • Das in Fig. 12 dargestellte Rohrleitungssystem 42 unterscheidet sich vom Rohrleitungssystem 41 der Fig. 10 dadurch, dass in den Metallschaum 40 ein Befestigungsmittel 43 integriert ist. Im Sinne der Erfindung kann auf einfache Art und Weise ein Befestigungsmittel an das Rohr angeschäumt werden. Hierdurch wird die Verbindung mit anderen Bauteilen deutlich vereinfacht.
  • Fig. 11 zeigt ein erfindungsgemäßes Rohrleitungssystem 44, welches wiederum bereichsweise aus Metallschaum gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 11 ist wiederum ein geschlossenwandiges Rohr 39 vorgesehen, wobei das Rohr 39 im Ausführungsbeispiel der Fig. 11 über eine geschlossene Innenwand 45 sowie eine geschlossene Außenwand 46 verfügt. Das Rohr 39 ist demnach im Ausführungsbeispiel der Fig. 11 doppelwandig ausgebildet. Zwischen den beiden Wänden 45 und 46 ist der Metallschaum 40 positioniert.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohrleitungssystems 47 zeigt Fig. 13, wobei das Rohrleitungssystem 47 der Fig. 13 vier geschlossenwandige Rohre 39 aufweist, die zusammen in einem Metallschaum 40 positioniert sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 13 werden demnach mehrere Rohre 39 über den Metallschaum 40 zu einer integralen Einheit zusammengefasst.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Rohrleitungssysteme der Fig. 9 bis 13 Gas, Öl oder auch Treibstoff geleitet werden kann.
  • Bei allen in Fig. 2 bis 13 gezeigten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Gasturbinenbauteils handelt es sich um statische Bauteile für Flugtriebwerke. Die erfindungsgemäßen Bauteile verfügen über ein minimiertes Gewicht, gute thermische Isolationseigenschaften und sind des weiteren kostengünstig herstellbar. Auftretende Schwingungen können über den Metallschaum sicher und gut gedämpft werden.

Claims (3)

  1. Einlaufbelag (34) für eine Gasturbine zum verschleißarmen Anstreifen von gegenüber dem Einlaufbelag beweglichen Bauteilen, insbesondere Dichtfins, aus einem mit mindestens einem Träger (29) fest verbundenen Metallschaum (28), dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Träger (29) Öffnungen bzw. Bohrungen (35) aufweist und der Metallschaum (28) offenporig ausgebildet ist, sodass sowohl der oder jeder Träger als auch der Metallschaum in radialer Richtung durchströmbar sind.
  2. Einlaufbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (28) über eine abgestufte Kontur verfügt.
  3. Einlaufbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (28) mit dem Träger (29) fest verbunden, insbesondere verklebt oder verlötet ist.
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